அம்மோனியா உற்பத்தி

அம்மோனியா உற்பத்தி (Ammonia production) உலகெங்கிலும் நாள்தோறும் அதிக அளவில் உற்பத்தி செய்யப்பட்டு பயன்படுத்தப்படுகிறது. பேரளவில் அம்மோனியாவை உற்பத்தி செய்யும் தொழிற்சாலைகள் உலகளவில் ஏராளமாக உள்ளன, மொத்தம் 144 மில்லியன் டன் நைட்ரசன் 2016 ஆம் ஆண்டு மட்டும் உற்பத்தி செய்யப்பட்டது. ^[1] இது 175 மில்லியன் டன் அம்மோனியாவுக்கு சமமாகும். உலக அம்மோனியா உற்பத்தியில் 31.9% அம்மோனியாவை சீனாவும், 8.7% அம்மோனியாவை உருசியாவும், 7.5 சதவீதம் அம்மோனியாவை இந்தியாவும், 7.1% அம்மோனியாவை அமெரிக்காவும் உற்பத்தி செய்கின்றன. இவ்வாறு உற்பத்தி செய்யப்படும் அம்மோனியாவில் 80% அல்லது அதற்கு மேற்பட்டவை விவசாய பயிர்களை விளைவிப்பதற்குத் தேவையான உரமாக்குவதற்குப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. நெகிழிகள், இழைகள், வெடிபொருட்கள், ஆசுவால்ட்டு செயல்முறை வழியாக நைட்ரிக் அமிலம் தயாரிக்கவும் சாயங்கள் மற்றும் மருந்துகள் தயாரிப்பதற்கான இடைநிலை வேதிப் பொருளாகவும் அம்மோனியா பயன்படுத்தப்படுகிறது.

வரலாறு

முதலாம் உலகப் போர் தொடங்குவதற்கு முன்பாக நைட்ரசன் நிறைந்த காய்கறி மற்றும் விலங்கு பொருட்களை உலர் வடிகட்டுதல் செயல்முறை மூலம் பெரும்பாலான அம்மோனியா பெறப்பட்டது. இதைத்தவிர நைட்ரசு அமிலம் மற்றும் நைட்ரைட்டுகளுடன் ஐதரசனைச் சேர்த்து ஒடுக்கும் செய்து குறைப்பதன் மூலமும் கார ஐதராக்சைடுகள் அல்லது சுட்டச் சுண்ணாம்பு மூலம் அம்மோனியம் உப்புகளை சிதைவுறச் செய்தும் அம்மோனியம் தயாரிக்கப்பட்டு வந்தது. பொதுவாக அம்மோனியம் குளோரைடு உப்பு சிதைப்பதற்காகப் பயன்படுத்தப்பட்டது.

அம்மோனியா தயாரிக்கும் செயல்முறையின் ஓட்ட விளக்கப்படம்

தற்போது , பெரும்பான்மையான அளவு அம்மோனியா அதாவது கிட்டத்தட்ட ஒரு நாளைக்கு 3,300 டன் வரை ஏபர் செயல்முறையில் பேரளவில் உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது. இச்செயல்முறையில் நைட்ரசன், ஐதரசன் வாயுக்கள் 200 பார் அழுத்தத்தில் வினைபுரிய அனுமதிக்கப்படுகின்றன.

நவீன தொழிற்சாலைகள்

நவீன முறையில் அம்மோனியா உற்பத்தி செய்யும் தொழிற்சாலைகள் முதலில் இயற்கை எரிவாயு, திரவ பெட்ரோலியம் வாயு அல்லது பெட்ரோலியம் நாப்தாவை முதலில் ஐதரசன் வாயுவாக மாற்றுகின்றன. ஐதரோகார்பன்களிலிருந்து ஐதரசனை உற்பத்தி செய்யும் தயாரிப்பு முறை நீராவி மாற்றியமைத்தல் செயல்முறை என்று அழைக்கப்படுகிறது. ^[2] இவ்வாறு உருவாக்கப்பட்ட வாயு நிலை ஐதரசன் பின்னர் நைட்ரசனுடன் இணைக்கப்பட்டு ஏபர் போசு செயல்முறை மூலம் அம்மோனியா உருவாக்கப்படுகிறது.

மூலப்பொருளான இயற்கை எரிவாயுவில் தொடங்கி ஐதரசன் உற்பத்தி செய்வதில் பயன்படுத்தப்படும் செயல்முறைகள் வருமாறு:

மூலப்பொருளில் கலந்திருக்கும் கந்தக சேர்மங்களை நீக்குதல் இச் செயல்முறையின் முதல் படிநிலையாகும். ஏனெனில் அடுத்தடுத்த படிநிலைகளில் பயன்படுத்தப்படும் வினையூக்கிகளை கந்தகம் செயலிழக்க செய்யும். கந்தகத்தை அகற்றுவதற்கு மூலப்பொருளை ஐதரசனேற்றம் செய்யும் முறை பயன்படுத்தப்படுகிறது. ஐதரசனேற்றம் மூலம் கந்தகச் சேர்மங்கள் ஐதரசன் சல்பைடாக மாற்றப்படுகின்றன.

H₂ + RSH → RH + H₂S(வாயு)

உருவான வாயு ஐதரசன் சல்பைடு பின்னர் துத்தநாக ஆக்சைடு படுகைகள் வழியாக செலுத்தப்பட்டு திண்ம துத்தநாக சல்பைடாக மாற்றுவதன் மூலம் உறிஞ்சி அகற்றப்படுகிறது. இது இரண்டாவது படிநிலையாகும்.

இயற்கை எரிவாயுவை நீராவி மாற்றியமைக்கும் செயல்முறை மூலம் ஐதரசனாக உருவாக்கும் முறை

H₂S + ZnO → ZnS + H₂O

கந்தகம் நீக்கப்பட்ட மூலப்பொருள் வினையூக்கியின் உதவியால் ஐதரசன் சேர்ந்த கார்பன் மோனாக்சைடு உருவாக்குதம் அடுத்த படிநிலையாகும்.

CH₄ + H₂O → CO + 3H₂

உருவாக்கப்பட்ட கார்பனோராக்சைடு பின்னர் நீர் வாயு மாற்ற வினைக்கு உட்படுத்தப்பட்டு கார்பனீராக்சைடும் நீரும் உருவாக்கப்படுகின்றன.

CO + H₂O → CO₂ + H₂

கார்பனீராக்சைடு பின்னர் நீரிய எத்தனோலாமீன் கரைசல்களைப் பயன்படுத்தி உறிஞ்சுவதன் மூலம் அல்லது திண்ம உறிஞ்சுதல் ஊடகத்தைப் பயன்படுத்தி அழுத்த அலைவு உறிஞ்சல் மூலமாக நீக்கப்படுகிறது.

எஞ்சியிருக்கும் சிறிய அளவிலான கார்பன் மோனாக்சைடு அல்லது கார்பன் டை ஆக்சைடை அகற்றுவதற்கு ஒரு வினையூக்கியைப் பயன்படுத்தி ஐதரேசனேற்றம் செய்து மீத்தேனாக்கல் வினையை நிகழ்த்துவது ஐதரசன் உற்பத்தியின் இறுதி படிநிலையாகும்.

CO + 3H₂ → CH₄ + H₂O

CO₂ + 4H₂ → CH₄ +2H₂O

விரும்பிய இறுதி-தயாரிப்பான அம்மோனியாவை உருவாக்க ஐதரசன் வாயு பின்னர் காற்றிலிருந்து பெறப்பட்ட நைட்ரசன் வாயுவுடன் வினையூக்கி முன்னிலையில் வினைபுரிந்து நீரற்ற திரவ அம்மோனியா உருவாக்கப்படுகிறது. இந்த படிநிலை அம்மோனியா தொகுப்பு வளையச் செயல்முறை என்றும் ஏபர் போசு செயல்முறை என்றும் குறிப்பிடப்படுகிறது.

3H₂ + N₂ → 2NH₃

அம்மோனியா தொகுப்பு வினையில் பயன்படுத்தப்படும் வினையூக்கியின் தன்மை காரணமாக மிகக் குறைந்த அளவிலான ஆக்சிசன் கொண்ட (குறிப்பாக CO, CO₂ மற்றும் H₂O) கலவைகள் மட்டுமே ஐதரசன் மற்றும் நைட்ரசன் கலவை தயாரிப்புக்கு பயன்படுத்தப்படுகின்றன. ஒப்பீட்டளவில் தூய நைட்ரசனை காற்று பிரிப்பு செயல்முறை மூலம் பெறலாம், ஆனால் கூடுதல் ஆக்சிசன் அகற்றுதல் செயல்பாடு தேவைப்படலாம்.

மேலும் ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த விளைபொருள் உருவாதல் காரணமாக (பொதுவாக 20% க்கும் குறைவாக) ஒரு பெரிய மறுசுழற்சி வினை தேவைப்படுகிறது. இதனால் வாயுவில் மந்தவாயுக்கள் குவிவதற்கும் வழியுண்டாகும்.

நீராவி மாற்றியமைத்தல் செயல்முறை, வாயு மாற்ற வினை, கார்பன் டை ஆக்சைடு அகற்றுதல் மற்றும் மீத்தேனாக்கல் வினை போன்ற படிநிலைகள் ஒவ்வொன்றும் சுமார் 25 முதல் 35 பார் அழுத்த அளவுகளில் இயங்குகின்றன. தேர்ந்தெடுக்கும் முறைக்கு ஏற்ப இறுதியான அம்மோனியா தொகுப்புமுறை வளையம் 60 முதல் 180 பார் அழுத்தத்தில் இயங்குகிறது.

அம்மோனியா தொகுப்பு தொழிற்சாலைகளுக்கான சிறப்பு வடிவமைப்புகளை வழங்குவதற்கு பல பொறியியல் மற்றும் கட்டுமான நிறுவனங்கள் உள்ளன. டென்மார்க்கின் ஆல்டோர் டாப்சோ, செருமனியின் தைசென்கரூப் தொழில்துறை நிறுவனம், சுவிட்சர்லாந்தின் அம்மோனியா காசலே நிறுவனம் மற்றும் அமெரிக்காவின் கெல்லாக் பிரவுன் & ரூட் ஆகியோர் அம்மோனியா உற்பத்தித் துறையில் மிகவும் அனுபவம் வாய்ந்த சில நிறுவனங்களாகும்.

நிலையான அம்மோனியா உற்பத்தி

தேவைப்படும் ஏராளமான ஆற்றலை, முக்கியமாக இயற்கை எரிவாயுவை அடிப்படையாகக் கொண்டு அம்மோனியா உற்பத்தி அமைகிறது. தீவிர வேளாண்மை மற்றும் பிற செயல்முறைகளில் அம்மோனியாவின் முக்கிய பங்கு காரணமாக நிலையான உற்பத்தி விரும்பத்தக்கதாக உள்ளது.மாசுபடுத்தாத மீத்தேன் சிதைவு அல்லது புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி நீர் மின்னாற்பகுப்பின் மூலம் ஐதரசனை உருவாக்கினால் இது சாத்தியமாகும்.

எரிபொருளைப் பயன்படுத்தி உற்பத்தி செய்யப்படும் ஐதரசனுக்குப் பதிலாக மூலப்பொருளாக உள்ள ஐதரசனை அம்மோனியா உற்பத்தி பயன்பாட்டிற்கு திருப்புவதன் மூலம் பொருளாதாரத்தில் நேரடியான உபயோகத்தை காணமுடியும். எடுத்துக்காட்டாக 2002 ஆம் ஆண்டில் ஐசுலாந்து நாடு உரங்களுக்கான அம்மோனியா உற்பத்திக்குப் பயன்படுத்த மின்னாற்பகுப்பின் மூலம் 2,000 டன் ஐதரசன் வாயுவை உற்பத்தி செய்தது, இதற்காக அதன் நீர் மின் நிலையங்களிலிருந்து அதிகப்படியான மின்சார உற்பத்தி பயன்படுத்தப்பட்டது. 1911 ஆம் ஆண்டு முதல் 1971 ஆம் ஆண்டு வரை நார்வே நாடு நைட்ரிக் அமில உற்பத்திக்காக அதிகப்படியான மின்சாரத்தை பயன்படுத்தியுள்ளது. இதே வினையை இயற்கை மூலமான மின்னலைப் பயன்படுத்தி வளிமண்டல நைட்ரசனை கரையக்கூடிய நைட்ரேட்டுகளாக மாற்றுவதன் மூலம் பெறமுடியும். நடைமுறையில் இயற்கை எரிவாயு மலிவானதாக இருக்கும் வரை அம்மோனியா உற்பத்திக்கான ஐதரசன் முக்கிய ஆதாரமாக இருக்கும்.

பெரும்பாலும் கழிவு நீரில் அம்மோனியா அதிகமாக உள்ளது. அம்மோனியா நிறைந்த தண்ணீரை சுற்றுச்சூழலுக்கு வெளியேற்றுவது கழிவு நீர் சுத்திகரிப்பு நிலையங்களில் கூட சிக்கல்களை ஏற்படுத்தக்கூடும் என்பதால், அம்மோனியாவை அகற்ற நைட்ரசனாக்கல் வினைச் செயல்முறை பெரும்பாலும் அவசியமாகிறது. ^[3] இதுவே எதிர்காலத்தில் அம்மோனியாவின் நிலையான ஆதாரமாகவும் இருக்கலாம், ஏனெனில் ஏராளமான அம்மோனியாவை எப்படியும் தண்ணீரிலிருந்து அகற்ற வேண்டிய அவசியம் உள்ளது. ^[4] மாற்றாக, ஐதரசன் மற்றும் சுத்தமான சுத்திகரிக்கப்பட்ட நீரை உற்பத்தி செய்ய புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தி ஆதாரங்களுடன் கழிவு நீரிலிருந்து வரும் அம்மோனியாவை மின்னாற்பகுப்பு வினைக்கு உட்படுத்தலாம். ^[5] நீரை மின்னாற்பகுத்தலைக் காட்டிலும் அமோனியாவை மின்னற்பகுப்புக்கு உட்படுத்துவது குறைந்த ஆற்றல் பயன்பாடாகும். ^[6]

கழிவு நீரிலிருந்து அம்மோனியாவை மீட்டெடுப்பதற்கான மற்றொரு எளிய வழி, அம்மோனியா-நீர் வெப்ப உறிஞ்சுதல் சுழற்சியின் இயக்கவியலைப் பயன்படுத்துவதாகும். இந்த செயல்முறையைப் பயன்படுத்தி அம்மோனியாவை ஒரு திரவமாகவோ அல்லது அம்மோனியம் ஐதராக்சைடாகவோ மீட்டெடுக்க முடியும். ^[7]^[8] முந்தைய முறைகளின் நன்மை என்னவென்றால், கையாளுதல் மற்றும் போக்குவரத்து செய்வது மிகவும் எளிதானது. அதேசமயம் கரைசலில் 30 சதவிகித அம்மோனியம் ஐதராக்சைடு செறிவு உற்பத்தி செய்யப்பட்டால் இம்முறையும் வணிக மதிப்பைப் பெறும் வாய்ப்பும் உள்ளது.

உடன் விளைபொருள்கள்

அம்மோனியா உற்பத்தியின் முக்கிய தொழில்துறை துணை தயாரிப்புகளில் ஒன்று CO₂ ஆகும். 2018 ஆம் ஆண்டில் ஏற்பட்ட அதிக எண்ணெய் விலைகள் காரணமாக ஐரோப்பிய அம்மோனியா தொழிற்சாலைகளின் கோடைக்கால மூடல் காலம் நீடித்தது. இதனால் வர்த்தக முறை CO₂ உற்பத்தியில் பற்றாக்குறையை ஏற்பட்டது. இதனால் பியர் மற்றும் குளிர்பானம் போன்ற கார்பனேற்றப்பட்ட பானங்களின் உற்பத்தியும் கட்டுப்படுத்தப்பட்டது. ^[9]

இதையும் காண்க

ஏபர் செயல்முறை

மேற்கோள்கள்

↑ United States Geological Survey publication
↑ Twygg, Martyn V. (1989). Catalyst Handbook (2nd ed.). Oxford University Press. பன்னாட்டுத் தரப்புத்தக எண் 978-1-874545-36-1.
↑ http://www.waterworld.com/articles/print/volume-26/issue-3/editorial-features/addressing-the-challenge.html
↑ Huang, Jianyin; Kankanamge, Nadeeka Rathnayake; Chow, Christopher; Welsh, David T.; Li, Tianling; Teasdale, Peter R. (January 2018). "Removing ammonium from water and wastewater using cost-effective adsorbents: A review". Journal of Environmental Sciences 63: 174–197. doi:10.1016/j.jes.2017.09.009. பப்மெட்:29406102.
↑ Muthuvel, Madhivanan; Botte, Gerardine G (2009). "Trends in Ammonia Electrolysis". Modern Aspects of Electrochemistry, No. 45. Modern Aspects of Electrochemistry. Vol. 45. pp. 207–245. எண்ணிம ஆவணச் சுட்டி:10.1007/978-1-4419-0655-7_4. பன்னாட்டுத் தரப்புத்தக எண் 978-1-4419-0654-0.
↑ Gwak, Jieun; Choun, Myounghoon; Lee, Jaeyoung (February 2016). "Alkaline Ammonia Electrolysis on Electrodeposited Platinum for Controllable Hydrogen Production". ChemSusChem 9 (4): 403–408. doi:10.1002/cssc.201501046. பப்மெட்:26530809.
↑ Lin, P.; Wang, R.Z.; Xia, Z.Z.; Ma, Q. (June 2011). "Ammonia–water absorption cycle: a prospective way to transport low-grade heat energy over long distance". International Journal of Low-Carbon Technologies 6 (2): 125–133. doi:10.1093/ijlct/ctq053.
↑ Shokati, Naser; Khanahmadzadeh, Salah (August 2018). "The effect of different combinations of ammonia-water Rankine and absorption refrigeration cycles on the exergoeconomic performance of the cogeneration cycle". Applied Thermal Engineering 141: 1141–1160. doi:10.1016/j.applthermaleng.2018.06.052.
↑ "This is exactly why we're running out of CO2 for beer and meat production". iNews. 2018-06-28.

புற இணைப்புகள்

Today's Hydrogen Production Industry
Energy Use and Energy Intensity of the U.S. Chemical Industry பரணிடப்பட்டது 2018-09-30 at the வந்தவழி இயந்திரம், Report LBNL-44314, Lawrence Berkeley National Laboratory (Scroll down to page 39 of 40 PDF pages for a list of the ammonia plants in the United States)
Ammonia: The Next Step includes a detailed process flow diagram.
Ammonia production process plant flow sheet in brief with three controls.

[1] United States Geological Survey publication

[2] Twygg, Martyn V. (1989). Catalyst Handbook (2nd ed.). Oxford University Press. பன்னாட்டுத் தரப்புத்தக எண் 978-1-874545-36-1.

[3] ttp://www.waterworld.com/articles/print/volume-26/issue-3/editorial-features/addressing-the-challenge.html

[4] Huang, Jianyin; Kankanamge, Nadeeka Rathnayake; Chow, Christopher; Welsh, David T.; Li, Tianling; Teasdale, Peter R. (January 2018). "Removing ammonium from water and wastewater using cost-effective adsorbents: A review". Journal of Environmental Sciences 63: 174–197. doi:10.1016/j.jes.2017.09.009. பப்மெட்:29406102.

[5] Muthuvel, Madhivanan; Botte, Gerardine G (2009). "Trends in Ammonia Electrolysis". Modern Aspects of Electrochemistry, No. 45. Modern Aspects of Electrochemistry. Vol. 45. pp. 207–245. எண்ணிம ஆவணச் சுட்டி:10.1007/978-1-4419-0655-7_4. பன்னாட்டுத் தரப்புத்தக எண் 978-1-4419-0654-0.

[6] Gwak, Jieun; Choun, Myounghoon; Lee, Jaeyoung (February 2016). "Alkaline Ammonia Electrolysis on Electrodeposited Platinum for Controllable Hydrogen Production". ChemSusChem 9 (4): 403–408. doi:10.1002/cssc.201501046. பப்மெட்:26530809.

[7] Lin, P.; Wang, R.Z.; Xia, Z.Z.; Ma, Q. (June 2011). "Ammonia–water absorption cycle: a prospective way to transport low-grade heat energy over long distance". International Journal of Low-Carbon Technologies 6 (2): 125–133. doi:10.1093/ijlct/ctq053.

[8] Shokati, Naser; Khanahmadzadeh, Salah (August 2018). "The effect of different combinations of ammonia-water Rankine and absorption refrigeration cycles on the exergoeconomic performance of the cogeneration cycle". Applied Thermal Engineering 141: 1141–1160. doi:10.1016/j.applthermaleng.2018.06.052.

[9] "This is exactly why we're running out of CO2 for beer and meat production". iNews. 2018-06-28.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]